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Nov 20, 2023

Lentille plate bifocale avec différentes caractéristiques d'imagerie pour un double

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 18996 (2022) Citer cet article 765 Accès 1 Détails des mesures Altmetric Les images à large champ de vision (FOV) et les images agrandies peuvent être prises simultanément

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 18996 (2022) Citer cet article

765 accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

Les images à large champ de vision (FOV) et les images agrandies peuvent être prises simultanément par des systèmes d'imagerie à double capteur. Nous proposons ici une approche pour créer une lentille plate bifocale avec des caractéristiques d'imagerie différentes de ses deux foyers, ce qui rend les systèmes d'imagerie à double capteur plus intégrés et miniaturisés. Autrement dit, deux parties spéciales de deux ZP conventionnels différents sont extraites, puis combinent les deux éléments d'une manière spécifique. De sorte qu'il y a deux foyers avec des caractéristiques différentes le long de l'axe optique, l'un est une focalisation longue avec une résolution plus élevée, l'autre est une focalisation courte avec une longue profondeur de focalisation (DOF). Dans le cadre de l’approche proposée, une lentille diffractive bifocale (BDL) fine et légère d’une épaisseur de 0,6 μm est développée. Les focales longues et courtes du BDL sont respectivement de ~ 81 mm et ~ 27 mm, avec un diamètre de 6 mm. Nous démontrons expérimentalement que la focale longue du BDL est capable de prendre des images agrandies à haute résolution, et sa résolution peut atteindre 21,90″. La mise au point courte est capable de prendre un champ de vision large avec des images DOF ​​longues, et deux objets espacés de 2 880 mm peuvent être représentés clairement. Les résultats de l’expérience démontrent que toutes ces mesures sont meilleures que celles d’une lentille réfractive conventionnelle.

Dans le système d'imagerie, l'imagerie à grossissement et l'imagerie à large champ de vision (FOV) sont très importantes pour obtenir plus d'informations1. Les applications nécessitant une imagerie à grossissement et une large gamme d’imagerie FOV vont de la surveillance2 et de la médecine3,4,5 à l’intelligence artificielle6,7. Étant donné qu'avec une seule mise au point dans un système d'imagerie conventionnel, un zoom est nécessaire pour prendre des images agrandies et des images à champ de vision large, ce qui signifie que les images agrandies et les images à champ de vision large ne peuvent pas être prises simultanément par les systèmes d'imagerie à zoom conventionnels. De plus, les systèmes d'imagerie avec zoom sont très épais et encombrants, et le processus de zoom prend du temps et est difficile à équilibrer correctement le champ de vision large et la haute résolution. Pour résoudre ces problèmes, de nombreuses approches ont été proposées, telles que l'imagerie à matrice de lentilles8,9,10,11,12,13,14 et l'imagerie fovéale15,16,17,18 et le système à double caméra19 et le système d'imagerie à double capteur20. Cependant, les inconvénients de ces approches sont très volumineux et compliqués en raison de la présence de plusieurs lentilles, ce qui limite leur application dans des champs larges.

À des fins de légèreté, d'intégration et de miniaturisation, les lentilles plates à deux foyers constituent une solution pour les systèmes d'imagerie à double capteur, ce qui signifie que la mise au point longue permet une imagerie à grossissement haute résolution, tandis que la mise au point courte permet un champ de vision large avec une imagerie à long DOF, simultanément. Les lentilles plates comprennent des lentilles métalliques et des éléments optiques diffractifs (DOE), et tous deux sont capables de manipuler librement la phase de la lumière. De plus, la manipulation de la polarisation peut être réalisée par des lentilles métalliques21. Les métalenses sont de nouveaux dispositifs optiques proposés ces dernières années22,23, et ils peuvent atteindre le front d'onde conçu en disposant ces unités avec soin, y compris l'achromatisme24,25 et l'imagerie de polarisation26. Néanmoins, il s'agit d'un problème de contrôle de phase dans cet article au lieu d'un contrôle de polarisation, et la conception et la fabrication d'un métal avec des caractéristiques constitutives plus grandes que les DOE constituent un grand défi . Par conséquent, les DOE sont plus adaptés pour répondre à ces exigences et leur fabrication est beaucoup plus simple grâce au développement de la technologie de photolithographie, ce qui les rend accessibles à une fabrication en volume à faible coût et sur de grandes surfaces. Il existe deux approches courantes pour concevoir un DOE multifocal, notamment l'optimisation d'une distribution d'intensité donnée28,29,30,31 et la conception d'ordres de diffraction32,33,34. Pour la première approche, certains algorithmes sont utilisés pour optimiser les éléments optiques afin de former une distribution d'intensité donnée le long de l'axe optique. Pour la deuxième approche, il s'agit d'une binarisation d'une lentille ordinaire, c'est-à-dire que des ordres de diffraction supplémentaires apparaissent le long de l'axe optique. Tous deux sont étudiés depuis longtemps et sont bien connus. Cependant, l’inconvénient de la première approche est qu’elle nécessite un algorithme d’optimisation pour optimiser la distribution d’intensité donnée le long de l’axe optique, ce qui prend du temps et est difficile à fabriquer de grands DOE multifocaux. L’inconvénient de la deuxième approche est qu’une série de points focaux supplémentaires apparaissent sur l’axe optique, réduisant ainsi la qualité de l’imagerie à focale primaire dont nous avons besoin. En outre, il est difficile d’obtenir les caractéristiques focales attendues le long de l’axe optique en binarisant une lentille ordinaire pour produire des foyers supplémentaires.